作者：杨金田、谢德明 编著
出版社：化学工业出版社
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生活的化学试读：
前言
FOREWORDS化学作为一门研究物质及其变化的科学，属于21世纪的中心学科之一。有人把化学称为现代社会的一根“魔杖”，它能从矿石炼出钢铁，能将树皮、木屑化为纤维，能使乌黑的石油变成绚丽的衣料，能使煤炭长出“羊毛”，能变废弃物为好东西，能为人类提供赖以生存的各种食物、永葆青春的化妆品和战胜疾病、延年益寿的“灵丹妙药”……人们的生活中“处处有化学，无处无化学”。人类的衣、食、住、行、用、学、玩等各种生活活动都离不开化学。高度发展的化学科学使当代人的生活更加丰富多彩！
为了适应高等学校文科、财经、政法类专业开设化学选修课程的教改要求，笔者曾编著《生活化学》一书，列入浙江省高校重点建设教材。经湖州师范学院、杭州师范大学、浙江工业大学、青岛大学、福建师范大学、上饶师范学院、黄山学院等数十所院校使用，反响很好。为了满足相关专业师生的教学需要，笔者又邀请多年使用《生活化学》的浙江工业大学材料与表面工程研究所谢德明博士联合对原书进行了全面而系统的修改和更新，现推出《生活的化学》一书。《生活的化学》旨在通过对现代人生活层面化学知识的系统介绍与讨论，使读者达到加深学科理解、拓宽知识领域、提高生活质量的目的。全书以化学为主线，围绕衣、食、住、行、用、学、玩等生活活动展开，包括食品与化学、烹饪与化学、饮料与化学、保健与化学、毒物与化学、穿戴与化学、美化与化学、环境与化学、日用品与化学、文体与化学和娱乐与化学共11章内容。在编写方式上，力求做到集知识性、技术性、实用性、趣味性于一体，既避免化学专著那种复杂多变的化学结构描述，也有别于化工工艺和配方手册的数据罗列，而是密切紧扣生活实际，深入浅出、通俗易懂地展开阐述，并配有一系列引人入胜、内容贴切的彩色图片。书中第1～5章由谢德明执笔，第6～11章由杨金田执笔，并负责全书统稿。笔者的爱子杨铠屹编制了几乎全部插图，本书的责任编辑亦对本书给予了热情的鼓励和具体的指导。
本书可作为大中专院校化学、化工类专业选修课和其他专业公共选修课教材，或作为老年大学“保健”班教材，也可供相关营销人员、管理人员、中学化学教师、中学生和科普爱好者阅读。
限于编者的学识与水平，书中一定还会有不当甚至错误之处，恳请广大读者批评指正。值此本书出版之际，特向书末参考文献的作者和其他给予帮助的同志们表示最衷心的感谢！杨金田2009年1月于湖州龙溪苑寓所第1章 食品与化学
自古以来，食品始终是人类赖以生存、繁衍、维持健康的基本条件之一。随着人类的进步，科技与经济的发展，人们对食品的要求已从温饱、味觉转到了营养、保健的更高层次。了解如何科学地从食品（物）中获取生命活动必需的能量和营养是十分必要的。1.1 人体中化学元素概述1.1.1 人体内化学元素的分类
存在于人体内的元素大致可分为必需元素（按其体内的含量不同，又可分为常量元素和微量元素）、非必需元素和有毒（有害）元素三种。人体内大约含30多种元素，其中有11种为常量元素，如碳、氢、氧、氮、硫、磷、氯、钙、镁、钠等，约占99.95%，其余0.05%为微量元素或超微量元素。人体的化合物组成如表1-1所示。表1-1 人体的化合物组成
必需元素主要指以下4类：① 生命过程的某一环节必需的元素；② 生物体具有主动摄入并调节其体内分布和水平的元素；③ 构成体内生物活性化合物的有关元素；④ 缺乏该元素时会引起生化、生理变化，当补充后又能恢复的元素。
人体主要由碳、氢、氧和氮4种元素组成（约占人体体重的96%）。含量居于第5位的元素是磷。将这5种元素的化合物焚烧挥发后会留下一些白灰，乃无机盐的集合，大部分是骨骼的残留物。在灰里可找到食盐（NaCl）。可见食盐不单是调味品，而且是人体组织的一种基本成分。还有20～30种元素虽然也普遍存在于人体组织中，但对生命影响不大，故称为非必需元素。此外，还有一些有毒或有害元素。如血液中非常低浓度的铅、镉或汞。1.1.2 人体内化学元素的功能
衡量元素是否必需还是有害与摄入量（即在体内的浓度）有关。每一种必需元素在体内都有其合适的浓度范围，超过或不足都不利于人体健康（图1-1）。例如，人们对碘的最小量为0.1毫克/天，耐受量为1000毫克/天，当超过耐受量时就会中毒。此外，人体内元素的生物效应还与它的存在状态和生物活性密切相关。图1-1 必需微量元素浓度-生物功能相关图
若人体自身用以维持稳定状态的调节机制出现障碍，便会发生疾病。有时元素的过量可能比缺乏更麻烦，因为某个元素的缺乏易于补充，而过量往往难以排除，或排除过程中会产生副作用。另外，在生物体内还存在协同作用或拮抗作用，即一种元素促进或抑制另一种元素的生物学作用的现象。例如，铜可以促进镉的毒性和吸收，而锌可以抑制镉的毒性和吸收。
人体中主要元素及其主要功能如表1-2所示。表1-2 人体中主要元素及其主要功能续表
人体中主要元素在人体内所起到的生理和生化作用，主要有以下几个方面。
① 结构材料 钙、磷构成硬组织，碳、氢、氧、氮、硫构成有机大分子，如多糖、蛋白质等。
② 载体作用 人对某些元素和物质的吸收、输送及其在体内的传递等物质和能量的代谢过程往往不是简单的扩散或渗透过程，而需要载体。在这个过程中，金属离子及其配合物担负着重要作用。如含2+有Fe的血红蛋白对O和CO的运载作用等。22
③ 激活作用 人体内约有1/4的酶的活性与金属离子有关。有的金属离子参与酶的固定组成，称为金属酶。有的酶必需金属离子存在时才能被激活并发挥催化功能，这些酶称为金属激活酶，金属离子充当酶的激活剂。
④ 调节作用 体液主要是由水和溶解于其中的电解质所组成。生物体内大部分生理、生化活动是在体液中进行的，因此需要维持体++-液中水、电解质平衡和酸碱平衡等。存在于体液中的Na、K、Cl等离子在调节体液的物理、化学特性方面发挥了重要作用。
⑤ “信使”作用 生物体需要不断地协调机体内各种生物过程，需要各种信息传递系统。细胞间的沟通即信号的传递需要接受器。2+化学信号的接受器是蛋白质。Ca作为细胞中功能最多的“信使”，它的主要受体是一种由很多氨基酸组成的单肽链蛋白质，称钙媒介蛋2+白质（相对分子质量为16700）。氨基酸中的羧基可与Ca结合。钙2+媒介蛋白质与Ca结合而被激活，活化后的蛋白质可调节多种酶的活2+力。因此Ca能激活多种酶起到传递生命信息的作用。1.2 营养素
营养素是指食物所含的能保障身体生长发育、维护生理功能、供给机体所需热能的物质。食物的成分主要有糖类、油脂、蛋白质、维生素、无机盐和水6大类，通常称为营养素。也有将糖类中的纤维素和甲壳素单列出来，称为8类营养素。1.2.1 糖类
糖类包括葡萄糖、果糖、乳糖、淀粉、纤维素等。按分子结构含基本单位糖分子数的不同，可分为单糖、双糖和多糖。糖类物质最重要的生理功能是供给机体活动所需的能量。1克葡萄糖在体内完全氧化能释放出17千焦耳的热量。糖代谢的中间产物又可转变成氨基酸、脂肪酸、核苷等化合物。糖的磷酸衍生物可以生成DNA、RNA、ATP等重要的生物活性物质。动物的糖类主要是由植物性食品供给，因为动物体自身没有产生这些糖类的光合作用。糖类物质的主要来源为谷类、根茎类食物和食糖。
食用植物纤维素又称膳食纤维，是指食物中不易被人体消化吸收的多糖类化合物的总称。过去对膳食纤维仅仅认为是植物纤维、细胞壁成分，现已扩展到包括许多改良的植物纤维素、胶浆、果胶、藻类多糖。食用植物纤维在体内不产生热量，营养价值也不高，因而曾经有人视它为“无用之物”。
膳食纤维的作用是多方面的。① 因其耐咀嚼而有利于锻炼牙齿，清除牙缝污垢，增加唾液分泌，帮助食物消化；② 在胃腔里发挥“充饥填料”作用，减少饮食，达到减肥的目的；③ 增强肠壁刺激，促进胃肠蠕动和消化腺分泌，促进正常消化；④ 发挥纤维的吸水作用，软化粪便，预防便秘，减少肠道癌病的发生。此外，膳食纤维对高血压、糖尿病、肥胖病、动脉粥样硬化、冠心病等疾病均有防治功效。含纤维素丰富的食物有玉米、大麦、蚕豆、糙米、红薯等粗粮，以及芹菜、韭菜、白菜、萝卜、南瓜、竹笋等蔬菜和各种水果。1.2.2 油脂
日常食用的动物油（如猪油、牛油、羊油、鱼肝油、奶油等）、植物油（如花生油、豆油、菜子油、芝麻油、棉子油、玉米油、葵花子油和精加工的色拉油等）等都是油脂。在室温下，植物油脂通常呈液态叫做油；动物油脂通常呈固态，叫做脂肪。油和脂肪统称油脂。油脂的共同特性是：不溶于水，易溶于乙醚、氯仿、苯等非极性溶剂。动物（包括人类）腹腔的脂肪组织、肝组织、神经组织和油料作物种子果实中的脂质含量都很高。脂肪的主要功能是供给人类生活所需的能量及促进脂溶性维生素的吸收。1克脂肪在体内完全氧化能释放出39千焦耳热量，是蛋白质或糖的2～3倍。脂肪还具备保温、隔热和保护脏器、关节等组织免受剧烈震动和摩擦等作用。
油脂主要是由一分子甘油和三分子脂肪酸形成的甘油三酯组成。按其脂肪酸是否含有双键可分为不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸。动物油主要含有饱和脂肪酸，植物油则含有较多的不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸熔点低，更容易被人体消化与吸收。
人体正常生长所不可缺少而体内又不能合成、必须从食物中获得的脂肪酸称为必需脂肪酸。有些脂肪酸如花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸等也是人体不可缺少的脂肪酸，但人体可以利用亚油酸和α-亚麻酸来合成这些脂肪酸。亚油酸普遍存在于植物油中，亚麻酸在豆油和紫苏油中较多，鱼贝类食物相对含二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸较多。必需脂肪酸之所以是人体不可缺少的营养素，主要有以下功能：① 是磷脂的重要组成成分；② 亚油酸是合成前列腺素的前体，后者具有使血管扩张和收缩、神经刺激的传导等多种生理功能；③ 与胆固醇的代谢有关。体内约70%的胆固醇与必需脂肪酸酯化成酯，被转运和代谢。磷脂是指甘油三酯中一个或两个脂肪酸被含磷的其他基团所取代的一类脂类物质。其中最重要的磷脂是卵磷脂。磷脂是细胞膜的构成成分。人类的一些疾病如动脉粥样硬化、脂肪肝等都与脂类代谢紊乱有关。在日常膳食中，一般提倡以植物油和动物脂肪相互搭配食用，但应以植物油为主。脂肪的摄入量应控制在总热能的30%以下。固醇类中最重要的是胆固醇。生理上细胞膜的组成、维生素D的合成、激素合成都需要以胆固醇为原料。1.2.3 蛋白质
蛋白质（Protein）是构成人体组织器官的主要成分，它存在于一切活细胞中，约占人体组织干重的50%。所有蛋白质都含有C、H、O、N元素，大多数蛋白质还含有Fe、Cu、Zn等金属元素。多数蛋白质的相对分子质量在1.2万～100万之间。蛋白质分子内都含有氮元素，含氮量平均值为16%。
蛋白质是由不同数目的氨基酸以肽键（酰胺键）连接而成的生物大分子化合物。蛋白质的营养价值决定于所含的氨基酸种类和数量。组成人体蛋白质的氨基酸有20种，其中8种是人体本身不能合成而必须从食物中得到的，称为“必需氨基酸”——异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、苏氨酸、缬氨酸。根据必需氨基酸含量，可将蛋白质分为完全蛋白质和不完全蛋白质。完全蛋白质是指含有8种氨基酸的蛋白质。动物蛋白如奶类和乳制品、牛肉、鸡蛋中的蛋白质都是完全蛋白质。不完全蛋白质是指所含氨基酸少于8种的蛋白质。来源于谷类、豆类、硬果类、薯类、蔬菜类等食物的植物蛋白属于不完全蛋白质。
成人每日摄取蛋白质的量不能低于1克/千克体重，青少年应达到1.5～2克/千克体重的标准。一般不超过3克/千克体重。一个体重60千克的成年人，按从事劳动的轻重不同，每天约需补充70～105克蛋白质。若以60克为需要的最低量，大约2升牛奶便可提供此量。1.2.4 维生素
维生素是维持正常生命过程所必需的一类微量低分子有机物［又称维他命（Vitamin）］。维生素的主要功能是作为酶的成分调节机体代谢，它既不能供给机体热能，也不能作为组织的构成物质。人类每天必须从膳食（或维生素制剂）中摄入一定量的维生素（见表1-3）。
根据溶解性的不同，可将维生素分为两大类：① 脂溶性维生素，包括维生素A、维生素D、维生素E、维生素K，可贮存于体内，不需每日供给，过量可引起中毒；② 水溶性维生素，包括B族维生素（维生素B、维生素B、维生素B、维生素B、维生素B）、叶酸、123612泛酸、生物素和维生素C等。一般不能储于体内，需每日供给，过量基本无毒性，不足则迅速发生缺乏症。水溶性维生素及其代谢产物较易从尿中排出，因此可通过尿中维生素的检测而了解机体代谢情况。另外，类黄酮、肉碱、牛磺酸等化合物具有类似维生素的生物活性，被称之为“类维生素”。表1-3 维生素
夜盲症是常见的维生素A缺乏症。轻者为干眼病、角膜发炎。维生素A缺乏也会导致皮肤粗糙。维生素A过多会引起食欲不振、极度过敏、皮损伤、掉头发、骨脱钙、骨髓增生、脑压增高等有害症状。从食品特别是肝和胡萝卜摄入的营养素不会致毒，因它们不会快速转化成维生素A，但若过量使用鱼肝油丸等补品而不搭配维生素C，则可招致维生素A过多。
B族维生素是构成调节代谢的多种酶的组成部分。富含维生素B族的食物有谷类及谷物皮、豆类以及动物内脏、发酵食品等。
坏血病主要由缺乏维生素C（也称抗坏血酸）而引起。患者开始感到虚弱，继而牙龈肿胀出血、全身不同部位皮下血瘀，甚至突然死亡。多吃新鲜蔬菜和水果能预防坏血病。如生红辣椒、欧芹、芥菜等均富含维生素C，橘汁、葡萄汁、番茄汁等甚至成为维生素C的同义语。
维生素D称为阳光维生素，其重要性在于调节钙和磷的代谢作用，促进它们在肠道的吸收，影响骨髓无机化过程。若维生素D不正常就会引起佝偻病、血钙过多综合征等。
补充维生素时应注意：① 机体吸收维生素A、维生素D 需要脂类物质的参与；② 过量补充维生素A、维生素D可以引起中毒；长期过量服用维生素A、维生素D可产生慢性中毒，一次性大量饮用可致急性中毒；③ 烹调方法对于保留食物中的B族维生素、维生素C 有较大的影响，如反复多次淘米，长时间加热蔬菜、先切后洗、用铜制器皿盛放新鲜蔬菜等均会对食品中的维生素造成影响。1.2.5 无机盐
人体中的碳、氢、氧、氮元素主要以有机化合物形式存在，其他元素构成的化合物主要为无机盐。无机盐又称矿物质（约占人体体重的4%），主要存在于骨骼中。
人体内的无机盐一部分来自食物的动、植物组织，另一部分来自饮水、食盐和食品添加剂。无机盐既不能在人体内合成，除排泄外也不能在体内代谢过程中消失。无机盐有以下特点：① 分布极不均匀；② 含量随年龄增加而增加，但元素间比例变动不大；③ 元素之间存在拮抗与协同作用；④ 元素特别是微量元素的摄入量具有明显的剂量反应关系。
人体及动物所需的无机盐有钙（Ca）、磷（P）、钠（Na）、钾（K）、镁（Mg）、硫（S）、氯（Cl）、铁（Fe）、铜（Cu）、碘（I）、锰（Mn）、锌（Zn）、钴（Co）、钼（Mo）、氟（F）、铝（Al）、铬（Cr）、硒（Se），是构成骨、齿和体液（血液、淋巴）的重要成分。体内许多生理作用也靠无机盐来维持。例如酸、碱平衡的++2+2++3+调节和渗透压等就需要Na、K参与。含有Mg、Mn、Na、Fe、2+Ca的无机盐能促进酶活性的功能。有的酶本身就含有Fe、Cu、Zn、Mn、Mo等金属元素。人体内的酶有近1000种之多，60%以上含有微量元素。酶是人体新陈代谢的生物催化剂，如果消化道中没有酶，消化一餐饭约需花费50年的时间。
无机盐的分类：① 钙、磷、钾、硫、氯、钠、镁7种为常量元素，每日需要量在十分之几克到几克；② 铁、铬、铜、氟、碘、锰、铝、硒、硅和锌等14种为微量元素，每日需要量在几微克到几毫克。我国居民比较容易缺乏钙、铁、锌。在特殊地理环境或其他特殊条件下，也可能缺碘、硒等元素。2+
例如，钙（Ca）既具有“信使”作用，还是骨骼和牙齿的主要2+成分，能调控人体正常肌肉收缩和心肌收缩。Ca能激活脂肪酶，有2+助于血凝（防止因血管壁破裂引发的致死性出血）。若血液中Ca过2+多，就会造成神经传导和肌肉反应迟钝；若Ca太少，会造成神经和肌肉的超常激活，即便微小的刺激，比如一个响声、咳嗽，就会使人陷入痉挛性抽搐。
磷是骨骼和牙齿的一种重要元素。体内90%的磷是以磷酸根3-（PO）的形式存在的。如牙釉质中的主要成分是羟基磷灰石
4[Ca（OH）（PO）]和少量的氟磷灰石[CaF（PO）]、氯磷灰2024620246石[CaCl（PO）]等。磷还是核糖、核酸以及氨基酸、蛋白质的重101246要成分。磷酸可以和有机化合物中的羟基形成磷酸酯，如ATP（三磷酸腺苷）。磷在成人体内含量约650克，85%～90%存在于骨骼和牙齿中。磷是构成骨骼、牙齿及软组织的重要成分，也是许多维持生命物质如核酸、酶、磷蛋白等的重要成分（图1-2）。++-+
K、Na和Cl在体内的作用是错综复杂而又相互关联的。K和Na+++-常以KCl和NaCl形式存在。K、Na和Cl的首要作用是控制细胞、组织液和血液内的离子浓度、渗透压和电解质平衡。这种平衡对保持体+液的正常流通和调节、维持体内的酸碱平衡都是必要的。K和Na+2+2+（与Ca 和Mg一起）有助于使神经和肌肉保持正常应激水平。KCl和NaCl的作用还在于能使蛋白质大分子保持在溶液之中，并调节血液的黏性或稠度处于适当状态。消化食物的胃酸和其他胃液、胰液及胆汁内某些助消化化合物的形成，都有血液里的钠盐和钾盐的参++-与。另外，视网膜对光脉冲反应的生理过程，也依赖于K、Na和Cl有适当的浓度（图1-3）。图1-2 身体里磷的作用图1-3 体内钠离子、钾离子和氯离子的功能
体内任何一种离子浓度失衡，都会对身体产生影响。例如，过度++运动或炎热天气里大量出汗，在流失水分的同时就会带走K、Na和-Cl等许多离子。因此出汗太多会导致这些离子浓度下降，破坏离子平衡，使肌肉和神经反应发生异常，出现恶心、呕吐、衰竭或肌肉痉挛现象。再如，缺碘会引起甲状腺肿大等。微量元素还和人体免疫功能、生理缺陷、肿瘤、血液病、眼疾等有关。
镁也是骨与牙齿的组分之一，是转移酶的激活剂，能缓解神经冲动和肌肉收缩。缺镁的特征是肌肉痉挛、心跳过速、精神错乱、幻觉、厌食和呕吐。疾患通常起因于酒精中毒、严重的肾脏疾病、急性腹泻和恶性营养不良。镁的推荐量约300毫克/日。可可粉、速溶咖啡、大豆粉、花生是其优质来源。
铁遍布于血液和肌肉中。人体含铁约5.3克。缺铁导致贫血从而影响人体的全面生理功能。富铁的食物有海带（88毫克/100克）、海参（78毫克/100克）、紫菜（36毫克/100克）、牛肝（10毫克/100克）等。
铜的最重要生理功能是人血清的铜蓝蛋白可以协同Fe的功能。2＋3＋在Fe的生理代谢过程中，Fe氧化为Fe时需要铜蓝蛋白的催化氧3＋化，以利Fe与蛋白质结合成铁蛋白。成人每天摄取Cu约2.5mg，婴儿则每公斤体重摄取0.05mg较为适宜。
锌参与各种代谢，为人体全面发展所必需，对于骨化、伤口愈合尤为重要。缺锌的特征是食欲不振、儿童生长停滞、味觉消退、毛发颜色变淡、指甲白斑等，严重者会出现性腺机能低下和侏儒症。富锌食物有牡蛎、芝麻、芹菜、蛋黄、牛肉等。
硒是体内有毒物质如砷、镉、汞的有效解毒剂或拮抗剂，存在于肝、心、肺、眼睛水晶体和血浆中，保护其细胞不受损伤。和维生素E有协同作用。缺硒可能导致癌、白内障、肝、心脏病变，并影响衰老过程。富硒食物有鱼粉、黄油、啤酒酵母、龙虾、猪肾、胡萝卜、牡蛎等。
碘的唯一功能是用于合成甲状腺分泌的含碘激素，该激素可在细胞内调节氧化速率。当碘缺乏时，出现甲状腺肿。某些食物如萝卜、油菜子含有致甲状腺肿因子，它可干扰甲状腺素的利用而产生甲状腺肿。烹调可破坏上述因子的活性，足够的碘供给也可抑制或消除这种活性。
缺氟会引起龋齿和骨骼疏松。氟过量会导致氟牙斑、骨折等。饮水中含氟量应小于2.5微克/克。
微量元素对人体的影响如表1-4所示。表1-4 微量元素对人体的影响vvv续表1.3 生活中的能量及其来源1.3.1 人体的能量消耗
生活能量包括维持人体生化反应所需的化学能、保证这些反应正常进行的环境所需的热能（体温）以及日常活动所消耗的能量等。
成年人的一般活动，每天约消耗1万千焦能量。对年轻人而言，一个60千克体重的男生，平均每天能量消耗大约为12600千焦（按1千卡＝4.184千焦，大约为3000千卡）能量；一个55千克体重的女生，平均每日能量消耗大约为8820千焦。国际卫生组织规定：人均日摄取热量达到1万千焦就达到了温饱线。美国、俄罗斯、法国、加拿大、澳大利亚为1.4万～1.5万千焦，日本为1.2万千焦。1992年进行的全国第三次营养调查显示，我国人均热能日摄入量为0.97万千焦。
体力活动所消耗的热能约占人体总热能消耗的15%～30%，是人体热能消耗变化最大，也是人体控制热能消耗、保持能量平衡、维持健康最重要的部分。体力活动所消耗热能多少与肌肉发达程度、体重和活动时间、强度等因素有关。1.3.2 人体能量的来源
人体能量来源于食物。食物中的糖、蛋白质和脂肪被氧化成二氧化碳和水，同时放出热量。所以有人将糖、蛋白质和脂肪称为热量素。
按上述温饱水平的日摄取能量要求，一个成年人每天需要摄取糖、蛋白质、脂肪量如下。
① 糖 轻体力劳动者每人每天约需400～450克，重体力劳动者约为500～600 克。
1克糖约提供17千焦能量，400～450克糖理论上可提供6800～7650千焦能量，即可满足人体需要。占总能量的60%～70%。
② 蛋白质 80～120克。
1克蛋白质也大约可提供17千焦能量，每天摄入46～56克蛋白质（相当于310克瘦肉或3个鸡蛋）就可达到要求。但考虑到实际吸收效率，一般每天应供给80～120克蛋白质，放出1360～2040千焦能量，占总能量的10%～15%。
③ 脂肪 60～75克。
1克脂肪可提供37千焦能量，每天摄取60～75克脂肪，可放出2220～2780千焦，占总能量的20%～25%。1.3.3 能量的转换和利用
食物中的糖类、蛋白质和脂肪虽可提供能量，但它们本身还不是能量，需要经过转换才可加以利用。1.3.3.1 消化和吸收
从化学观点看，消化作用是指被摄入的食物通过水解得到断裂产物，进而通过肠壁吸收到体液中并参与新陈代谢的过程。这些水解反应需要特定的酶催化。糖、蛋白质和脂肪的水解分别产生单糖、氨基酸和脂肪酸，进而在酶的催化下氧化释放出热量。（1）糖 糖是快速能源。食物中的糖类，只有单糖能直接给人体提供热能。其他的糖类，要经过一系列的消化过程最终转变为单糖后，才能便于人体吸收。唾液中的淀粉酶作用于淀粉或糖元，产生二糖（如麦芽糖），这是消化的第一步。进入胃后，在胰脏分泌的酶作用下继续水解成麦芽糖，再水解成葡萄糖，最后形成一些单糖的混合物。然后这些单糖被吸收进入血液，成为血糖，其浓度受胰岛素的调节和控制。如果血糖含量过高，单糖将在肝中转化为多糖糖元，成为肝糖，在人肝中约为6%。如果血糖含量太低，则肝中贮藏的糖元被水解，从而提高血糖水平。
在酶催化下，被吸收后转化产生的单糖（如葡萄糖）才被氧化，提供人体所需要的能量。葡萄糖氧化的反应式为：（2）蛋白质 在胃蛋白酶的作用下，蛋白质的水解从胃中开始，并且延续到小肠中。食物蛋白质在胃酸的协助下，由胃蛋白酶分解为朊及胨。食物在胃内的滞留时间，随蛋白质的质地而异。肉的蛋白质含量高，停留3～4小时，此时胃液酸性强；蔬菜和水果的蛋白质含量低，停留1.5～2小时，此时胃液酸度亦低。吃肉不容易肚子饿，原因就在于此。经胃加工后出来的蛋白质，经多种蛋白酶的作用最后分解为氨基酸，通过肠壁吸收。（3）脂肪 与糖和蛋白质不同，脂肪的消化主要在肠道中进行。帮助脂肪水解的酶是水溶性的，然而脂肪又不溶于水，这个矛盾怎么解决呢？肝脏分泌的胆盐使油乳化生成的小油珠，为酶提供了化学反应的表面，其作用很像洗涤剂分子。主要的胆盐（如甘氨胆酸钠）就具有亲油、亲水的双亲结构。唾液中不含脂肪分解酶，所以此时脂肪不被水解。进入胃后，在胃液中脂肪分解酶的作用下，一部分脂肪分解为甘油与脂肪酸。但该酶的最适宜pH值为5.0，而胃液的pH约为1～2，故其作用很弱。婴儿胃液的pH值比成人高，约为4.5～5.0，故易将乳汁中的脂肪分解消化。1.3.3.2 能量的转换
在能量的转换中，酶起专一的催化作用，参与一切生化过程。（1）酶的作用 酶的基体是蛋白质，但光有基体，还不具备活性。须有活动辅助剂存在或分子结构中有相当于此辅助剂的活性基团才有效。前者称为酶朊，后者称为辅酶。要使酶活化，酶朊必须先和辅酶结合。正像要打开银行保险箱需要两把钥匙一样（图1-4）。被酶作用的物质称为底物。
酶催化作用除了具有极好的专一性外，还有一个显著的优点是速率巨大。据测算，一个β-淀粉酶分子1秒钟能催化断裂直链淀粉中4000个键。这不能单纯用随机碰撞或用钥匙插入锁孔来解释，而要求有某种成分把钥匙吸入“锁孔”内，这种成分就是酶、辅酶或底物上的电极性区域特定的离子部位。图1-4 酶催化作用的锁-钥理论
酶与温度的关系十分密切。绝大多数酶蛋白在60℃以上就会凝固，丧失活性。根据这一性质，可以在食品生产中通过加热使酶失活，如采用巴氏消毒法、热熏法和漂荡法等，从而延长食品的保藏时间。降低温度也可以降低酶的活性。通过降低食物本身和微生物中酶的活性，在一段时间内就可以有效地防止食物发生腐败。但是由于低温并没有使酶失活，所以在保藏过程中及保藏之后，这些酶仍可以使食品品质发生不良的变化。（2）最重要的辅酶——三磷酸腺苷（ATP） 在氧存在下，葡萄糖被氧化而生成三磷酸腺苷（ATP）；在无氧存在时，葡萄糖能在糖酵解体系中分解生成乳酸的同时生成ATP。1摩尔ATP与水反应可释出193千焦的反应热。反应式为：式中，ADP为二磷酸腺苷。食物产生能量的反应可以简易地表述为：
式中，▯H＝生化合成＋肌肉运动＋热（体温）＋其他能耗。
所以ATP被戏称为生物体内的能量通货，相当于将难以花费的大钞（食物）兑换成常用的小钞（ATP）。ATP端的两个磷酸基和ADP末端的一个磷酸基的链称为酐键，是辅酶最活泼的部位，是“锁孔”吸引“钥匙”的活性区域。
人体消化液中的这种酶，虽能将食物中的主成分淀粉水解成为人体能吸收的葡萄糖，但不能催化纤维素水解。牛、羊等吃草动物的消化系统中寄生了某些衍生物，可以分泌出使纤维素水解的酶，这种酶可使纤维素迅速水解转化为葡萄糖。所以，牛、羊可以靠吃草生活而人却不能。1.3.3.3 人的饥饿
饥饿是指一段禁食期之后对食物的生理欲求，而食欲则是对现存食物的认识反应或习惯反应。摄入食物是为了向体内补充能源，由食欲来自行调节。当胃中有食物时，它会不停地蠕动，而一旦空腹，胃就强烈收缩，伴有不适即饥饿感。此外，血糖值低是饥饿的自然信号，人在清晨空腹时血糖量约为80毫克/100克，感到饿；进食后，血糖值可达140毫克/100克，几小时内都感到饱，且精力充沛。对这种作用目前有以下两种解释。
① 静力学说 该学说认为下丘脑对血液中营养成分如糖、脂肪等特别敏感，一旦浓度下降，下丘脑外侧的进食中枢受到刺激，就会发出求食信号；浓度高时，进食中枢抑制，同时下丘脑中下区域的饱感中心受到刺激，就发出拒食信号。
② 热学说 该学说认为下丘脑在人体热量调节中起重要作用，当其温度降低时，引起饥饿感。动物试验表明，用电极刺激下丘脑外侧的进食中枢或中下区域的饱感中心时，就会作出相应反应；如果进食或饱感中心受到损害，就会不知道饿，甚至饿了也拒食，最终导致饿死；相反，则使食欲不可遏制。1.4 常见食物的化学成分
食品是人类获得热能和各种营养素的基本来源。食品按其来源和性质可分为三类：动物性食品、植物性食品和各类食品的制品。食品营养价值的高低，取决于食品中营养素的种类是否齐全、数量的多少、相互比例是否适宜及是否容易消化吸收。
目前，食品的营养价值表示，一般采用多项目分列的食品成分表模式进行。也就是说，分别指出能量值以及蛋白质、脂肪、糖、无机质、维生素等成分的含量。食品成分表通常以100克食品中成分的平均值来表示。
食物的构成与各国的生产特点和各民族的文化传统有关。根据我国的实际情况，将食物分为主食和副食两类。1.4.1 主食
主食即通常的粮食，主要是谷物，其共同特点是均为干品。湿存水含量一般在2%以下。1.4.1.1 谷物
谷物包括大米、小麦、玉米、高粱、小米、荞麦等。它们的主成分为糖类，基本上以淀粉的形式存在。淀粉是由葡萄糖为单元连接而成的大分子，结构上有直链与支链之分（直链遇碘呈蓝色，支链则呈红褐色）。通常直链淀粉约为20%～25%，糯米则几乎全为支链。由于支链物加热后易缠结，所以糯米饭黏性比粳米饭好。谷类含一定的蛋白质，但缺少赖氨酸，有些苏氨酸、色氨酸也不高。谷类含脂肪也较少。因此以谷物为主食时，必须补足副食，以保证蛋白质和脂肪的全面供应。维生素以B族维生素较多，主要是硫胺素、核黄素和尼克酸。图1-5 大米
我国大多数人的主要摄食品种为大米和小麦。（1） 大米 米粒由糠层、胚、胚乳三大部分构成，我们食用的是胚乳部分（92%）（图1-5）。胚乳主要成分是糖以及少量的蛋白质和脂肪，其无机质、维生素的含量也很少。粳米的淀粉由17%的直链淀粉和83%的支链淀粉构成，做成米饭后比较容易消化。大米的蛋白质氨基酸组成在植物性蛋白质中是比较好的。精白米的维生素在洗淘时基本损失殆尽，所以，应该进行强化。大米的无机质中磷多而钙少，洗米时磷比较容易损失，因此造成了米饭中磷和钙的差距缩小。（2） 小麦 小麦（图1-6）一般加工成面粉，并进一步做成各种面食和糕点供人们食用。小麦的主要成分与大米相同，也是糖。但是，小麦的蛋白质含量要高些。在胚乳部分所含的维生素比大米要多一些。无机质也是磷多钙少。大米和小麦的能量都大约为1465千焦/100克。图1-6 小麦
常见谷物的化学成分如表1-5所示。表1-5 常见谷物的化学成分 单位：%1.4.1.2 薯芋类
薯芋类主要包括马铃薯、甘薯、凉薯、山药、芋和慈姑等，一般都是植物块茎。薯芋类和谷类相似，但是，薯芋类的水分含量远大于谷类。薯芋类的主要成分为淀粉，因此可作为主食。薯芋类含维生素B和维生素C比较多；无机质中一般含钾、钙较多，含磷较少。1
马铃薯（俗称土豆、洋山芋、山药蛋）是世界四大粮食作物之一。其糖含量为15%～25%，蛋白质含量约1%～3%，脂肪含量很小。图1-7 甘薯
甘薯（称红薯、白薯、番薯、红苕、甜薯、地瓜、山芋等）（图1-7）与马铃薯一样，是我国重要的高产、稳产农作物之一。其糖含量为10%～30%，蛋白质含量约1.5%，脂肪含量很小。马铃薯和甘薯的能量都大约为335千焦/100克。1.4.2 副食
副食可分肉、蔬菜及水果三类。按其来源可分为陆产与水产两类；按宗教习惯分为荤、素两类；有的西方国家则分为动物与植物两大类。1.4.2.1 肉类图1-8 猪图1-9 鸡（1）畜禽肉类 常指鸡、鸭及其他禽兽的可食用部分，包括肌肉、结缔组织、脂肪及脏器（脑、舌、心、肺、肝、脾、肾、肠、胃等）以及血、骨、筋、胶原等，以肌肉为主。肉类主要分为畜肉和禽肉两类。畜肉主要有猪肉（图1-8）、牛肉、羊肉、马肉、兔肉和狗肉等，禽肉则主要有鸡肉（图1-9）、鸭肉、鹅肉、鸽肉和鹌鹑肉等。畜禽肉中含有能溶于水的含氮浸出物，使肉汤具有鲜味。
畜禽肉类的蛋白质含量约10%～30%，所含氨基酸甚多，且组成匹配好。通常，肥猪肉的蛋白质含量约2%，瘦猪肉约10%～17%；肥牛肉约23%，瘦牛肉约20%；肥羊肉约9%，瘦羊肉约17%。禽肉中，鸡肉的蛋白质含量约23%，鸭肉约16%，鹅肉约11%。
一般畜肉的脂肪含量为10%～60%，肥肉高达90%，其在动物体内的分布，随肥瘦程度、部位有很大差异。畜肉类脂肪以饱和脂肪为主，熔点较高不易被人体消化吸收，故肉类脂质的营养价值比较低。主要成分为甘油三酯，少量卵磷脂、胆固醇和游离脂肪酸。以猪肉为例，胆固醇在肥肉中为109毫克/100克，在瘦肉中为81毫克/100克，内脏约为200毫克/100克，脑中最高，约为2571毫克/100克。所以应避免摄取过量的动物性脂肪。糖含量约1%～5%，比较低，主要以葡萄糖和糖原的形式存在。每100克肥猪肉、瘦猪肉、鸡肉可以提供的能量分别大约是3474千焦、1381千焦、460千焦。禽肉的营养价值与畜肉相似，不同在于脂肪含量少（如鸡肉的脂质含量约2%～3%，属于低脂肪肉类），含有20%的亚油酸，易于消化吸收。（2）水产品 水产类食品主要包括有鱼、贝、虾、蟹等，大多数口感细腻、味道鲜美，营养价值较高（图1-10）。不论是淡水或海水产品，除含高蛋白外，均以维生素多及无机微量元素高为特点。水产品的糖大多含量极小。水产类的蛋白质（含10%～20%）大多比较松软，容易消化吸收。氨基酸组成中，色氨酸偏低。脂肪含量约为1%～10%，属低脂肪食品。维生素因品种而差别很大。鱼肝含有很高的维生素A和维生素D，鱼肉中含有少量的尼克酸和硫胺素，对虾和河蟹则含有较多的维生素A。无机质一般含量约为1%～2%，稍高于肉类，磷、钙、钠、钾、镁、氯丰富，是钙的良好来源。虾皮中含钙量很高，为991毫克/克，且含碘丰富。海鱼的肝脏是维生素A和维生素D富集的食物。图1-10 水产品（3）蛋 蛋类是营养价值很高的食品（图1-11）。各类禽蛋主成分均为蛋白质（约13%～16%，见表1-6）。蛋的食用部分为蛋清和蛋黄，两者成分不同。蛋清除水分外（占86%）几乎全为蛋白质；蛋黄则含有较多的营养成分：脂肪18.0%、卵磷脂及其他磷脂11.0%、蛋黄磷蛋白质14.5%、蛋黄素、胆固醇（1500毫克/100克）、血蛋白元5.7%、灰分1.0%，其余为水分49.5%（pH≈6.3）。蛋含的氨基酸品种最全（18种），消化率95%以上，胃内停留时间最短。全蛋蛋白质是食物中最理想的优质蛋白质。在进行各种食物蛋白质的营养质量评价时，常以全蛋蛋白质作为参考蛋白。钙、磷和铁等无机盐多集中于蛋黄中。蛋类的铁含量较多，但因有卵黄高磷蛋白的干扰，其吸收率只有3%。蛋黄还含有较多的维生素A、维生素D、维生素B和维生素B 。12蛋清也是核黄素的良好来源。图1-11 鸡蛋
由于胆固醇同心血管病联系起来，所以有人只吃蛋白不吃蛋黄，这是误解。蛋黄中含有较丰富的卵磷脂，是一种强有力的乳化剂，能使胆固醇和脂肪颗粒变得极细，乳化成为悬浮于血液中的微细粒子，能顺利通过血管壁而被细胞充分利用，从而减少血液中的胆固醇。而且蛋黄中的卵磷脂消化后可释放出胆碱，进入血液中进而合成乙酰胆碱，是神经递质的主要物质，可提高脑功能，增强记忆力。表1-6 几种蛋的组成成分 单位：%1.4.2.2 蔬菜、水果图1-12 蔬菜、水果
蔬菜、水果（图1-12）的营养价值主要体现在供给人们所需要的维生素、无机质和纤维素。糖类包括：糖、淀粉、纤维素和果胶物质。新鲜蔬菜、水果是提供抗坏血酸、胡萝卜素、核黄素和叶酸的重要来源，也是提供钙、磷、铁、钾、钠、镁、铜等无机盐的重要来源，对维持机体酸碱平衡起重要作用。绿叶蔬菜一般含钙在100毫克/100克以上，含铁1～2毫克/ 100克。蔬菜、水果中常含有各种芳香物质和色素，使食品具有特殊的香味和颜色，可赋予蔬菜、水果良好的感官性状。水果中的有机酸以苹果酸、柠檬酸和酒石酸为主，此外还有乳酸、琥珀酸等，有机酸因水果种类、品种和成熟度不同而异。有机酸促进食欲，有利于食物的消化。同时有机酸可使食物保持一定酸度，对维生素C的稳定性具有保护作用。此外，蔬菜、水果中还含有一些酶类、杀菌物质和具有特殊功能的生理活性成分。如蕈类的鲜味、葱类的辛辣味等。（1）蔬菜 蔬菜指含水分90%以上，可作维生素、无机质和纤维之源的植物。按外观可分叶（白菜、菠菜）、茎（芹、笋）、根（萝卜、薯）、果（茄、瓜）4类， 其中也包括各种海菜以及蕈类等。
各类蔬菜的特点如表1-7所示。表1-7 各类蔬菜的特点① 常见的食用菌品种有蘑菇、香菇、平菇、金针菇、鸡腿菇、猴头、竹荪、黑木耳和银耳等。（2） 水果 水果分浆果（葡萄、草莓、凤梨）、仁果（苹果、柿、枇杷、柑橘）、核果（桃、梅、杏、李），约含90%水分，故称水果。主要成分为糖（10%），发热量约200千焦/100克，多数缺脂肪及蛋白质，但含某些特殊营养成分。
各种常见果品的特点如表1-8所示。表1-8 各种常见果品的特点1.4.2.3 硬果类
硬果是指具有坚硬外壳的一类果实（图1-13），包括各种瓜子及果仁。主要品种有花生、西瓜子、南瓜子、葵花子、核桃、杏仁、松子、榛子、栗子、白果、莲子和菱角等，通常为干果。它们均富含蛋白质及脂肪，且多为必需氨基酸和脂肪酸，故营养价值很高。
几种瓜子、果仁的主要成分如表1-9所示。图1-13 硬果类食品表1-9 几种瓜子、果仁的主要成分1.4.3 合成食品
前面讲的食物都是天然的。为了解决粮食生产的工业化问题，人们想到了合成食品。目前一般有生物制备和化学合成两种。1.4.3.1 生物制备
生物制备主要有食用酵母、石油蛋白、微生物油脂等。（1）食用酵母 食用酵母是一类微生物，含蛋白质量很高。其主要成分大致为：蛋白质47%～56%、脂肪2%～6%、碳水化合物26%～36%、灰分5%～10%。研究表明，酵母蛋白质含有高等动物和人类所需要的全部必需氨基酸，其中赖氨酸含量较高（6.6%～8.4%），与鱼粉及大豆粉相似。（2）石油蛋白 某些微生物以正烷烃或石油为碳源和能源而大量繁殖、产生的菌体蛋白质，称为石油蛋白（质），即某些微生物消耗石油烷烃变成可供人食用和用作饲料的蛋白质。石油蛋白质中一般含蛋白质43%～44%，更高的可达50%以上，大大超过黄豆、花生等植物性食物。据试验，若用石油蛋白质作畜禽补充饲料，每千克石油蛋白质可增产猪肉0.5千克或鸡肉1.5千克，效果很好。
因石油蛋白质利用发酵罐培养发酵，原料易得，条件可控，故意义重大。（3）微生物油脂 微生物油脂主要是由多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acids，简称PUFAs）组成的甘油三酯。PUFAs主要来源于动植物，也可利用微生物技术生产。PUFAs具有许多生理功能，被广泛应用于食品、医药、化工等领域。
制取方法：由产生油脂的菌体在一定的条件下培育繁殖而成，烘干成干菌体，粉碎后依次进入蒸炒锅、榨油机成为菌饼，转入浸出罐，加有机溶剂，经蒸发、汽提可得毛微生物油脂，再经碱炼、水洗、干燥、脱色、脱溶、脱臭、过滤，即得成品微生物油脂。1.4.3.2 化学合成食品
对于化学家来说，模仿自然物质、合成各种各样的香精和色素并不难。比如，用醋酸和酒精合成的醋酸乙酯有梨香味，戊酸异戊酯飘散出菠萝香，油酸和香草醛散发出浓郁的奶油芬芳。
然而，生命的物质基础是蛋白质和核酸。在细胞中蛋白质合成需要核酸来编码；核酸的合成和复制，需要蛋白质（酶）来催化。而通常的化学合成无法得到像蛋白质和核酸那样的生物大分子物质，因此蛋白质的人工合成意义重大。1965年，我国化学家成功合成了具有生物活性的牛胰岛素，突破了一般有机分子和生物大分子的界限，也为人工合成食品开辟了道路。
例如，人们可由豆类蛋白质加工制成富有肉味的“植物蛋白肉”。利用植物蛋白或石油微生物蛋白做原料，加工成鸡、鸭、鱼、肉的形状，淋撒点化学香精如鸡味素、鱼鲜精，再涂抹上食用色素，做成以假乱真的“人造佳肴”。可以预料，未来的化工厂里可以源源不断地生产出“人造牛排”或“全素烤鸭”。
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